钢筋机械连接技术

1、钢筋剥肋滚轧直螺纹连接技术在京杭运河特大桥中铁十九局集团第二工程有限公司华东工程公司石翠颖梁波摘要： 本文通过对钢筋机械连接技术发展史及各种连接技术优缺点的论述，从 而阐明了钢筋剥肋滚轧直螺纹连接的优越性，并介绍该技术在扬州西北绕城高速公路京杭运河特大桥的应用情况。关键词：钢筋机械连接技术剥肋滚轧直螺纹连接应用一、钢筋机械连接技术的发展史随着科技发展，对施工效率要求越来越高， 加上人类对建筑施工安全意: 识加 强，为防范各种灾难，对建筑、桥梁等要求具备防风、抗震、抗弯高强度性能也要求越来越高，通过实践证明：机械连接具有原有焊接等无法比拟的优点，如：不受天气限制，操作安全，高效，易检查，不存在应

2、力及连接强度高等。原有的机械连接方式不断地得到发展，首先有套筒挤压连接， 山于受施工速度 的限制，研发出锥螺纹连接，但锥螺纹虽然解决了施工速度问题，但强度受到削弱，后来发展徹粗直螺纹连接， 也未能解决强度问题， 同时，还牺牲了施工效率及成本，显然，市场生命力不强。钢筋滚轧直螺纹连接就是适应市场需要而开发的，它克服了套筒挤压连接、 锥 螺纹及徹粗直螺纹的缺点，乂结合了它们的优点。具有螺纹强度高，螺纹精度好，拧紧快速，是目前钢筋连接的更新换代技术。钢筋机械连接技术在国外工程中已经普遍采用，国内在一些大中城市的建筑工程及交通领域的特大型桥梁工程中也开始大量推广使用。二、各种钢筋机械连接技术1.套筒挤

3、压连接技术针对施工中大直径钢筋焊接难， 可幕性差的问题，参照国外技术开发了符合我国国情的钢筋套筒挤压连接技术。山于其优良的连接质量，挤压连接技术被大力推广使用，至今仍被广泛推广应用。挤压连接由三部分组成，即挤压设备、挤压模及套筒。该技术的原理是：通过压接套在钢筋上的套筒永久变形而产生的压力，来保证 钢筋连接不被拉出，经实验证明该技术完全可达到任何规格钢筋母材等强度。该技术的施工工艺：钢筋平头一划线一按线将套筒套在钢筋上一按套筒刻线挤压一检验 f完成。该技术的优点： 接头质量稳定可幕， 接头性能能容易达到标准中a级要求，实 现钢筋等强度连接；对钢筋的适应性强；对不能转动的钢筋在不增加成本的情况下

4、也能实现可靠连接。不足之处是：现场施工劳动强度大，生产效率低；对操作空间有一定要求，不适合在高密度布筋场合应用； 液压油有污染钢筋现象， 清理比较麻 烦。2.锥螺纹连接技术在大量的施工过程中， 挤压连接不能满足现场施工进度要求， 且劳动强度大和 连接施工只能半预制的原因，引进施工速度更快的锥螺纹连接。山于锥螺纹连接技术具有施工速度快、接头成本低的特点，自九十年代中早期推广应用以来也得到大范围使用。锥螺纹连接由三部分组成，即套丝机、套筒、定力矩扳手。该技术原理是：用套丝机直接在钢筋端头上套扣， 通过提前预制带内螺纹的套筒连接，定矩拧紧，将两根钢筋连接在一起，经实验证明该技术完全可接近钢筋母材等强

5、度。该技术的施工工艺：钢筋平头一套丝一丝头检验一用定力矩扳手连接一完成。与挤压连接相比，锥螺纹连接的优点是： 克服了套筒挤压连接技术存在的不足，锥螺纹丝头提前预制，现场只需用定力矩扳手直接连接，工期短，现场操作不需搬动设备和拉扯电线，成本低。不足之处是：接头质量不稳定，山于加工螺纹的小径削弱了母材的截面积， 从而降低了接头强度， 一般只能母材实际抗拉强度的83?95%,这严重影响施工质量， 在一定程度上决定了该技术被淘汰，在一些地区 已很少采用。3.傲粗直螺纹连接技术山于锥螺纹连接接头不能达到与母材等强度，为满足施工速度及钢筋连接强度要求，在九十年代末引进徹粗直螺纹连接技术。国外徹粗直螺纹连接

6、既有热徹粗乂有冷徹粗，热徹粗主要是消除徹粗过程中产生的内应力，但加热设备投入费用高。 我国引入的主要是冷徹粗，要求钢筋的延伸性好，徹粗质量受钢筋材质影响大，较难控制，易产生脆断现象。设备与锥螺纹相比投入较大，施工效率降低，而强度提高有限，该技术的推广应用，受到自身缺陷的影响，有些地区没有工程采用。锥螺纹连接由四部分组成，即徹粗机、套丝机、套筒、管钳。该技术的原理是：先将钢筋端头徹粗，徹粗直径保证加工出的螺纹小径不小于钢筋母材直径的螺纹，使接头与母材等强。用套丝机在钢筋徹粗端头上套扣，通过提前预制带螺纹的套筒连接，拧紧，将两根钢筋连接在一起，经实验证明该技术完全可达到钢筋母材等强度，但接头延展性

7、差。施工工艺为：钢筋平头一徹粗一套丝 -丝头检验一连接一检验一完成。该技术优点是： 接头强度比锥螺纹有所提高； 施工速度较挤压连接快； 工人劳 动强度较挤压连接低；钢筋直螺纹丝头提前全部预制。存在的不足之处是：加工过程中易出现徹偏现象， 一旦徹偏必须切掉重徹， 螺纹加工需要两道工序两套设备完成，施工效率较锥螺纹低；徹粗过程中产生内应力，钢筋徹粗部分延展性降低，易产生脆断现象，连接强度及质量较挤压连接低。4.滚轧直螺纹连接技术能否真正实现结合挤压连接和锥螺纹连接的优点，人们开发出滚轧直螺纹连接技术。该接头质量稳定可黑、 连接强度高，与挤压接头质量相媲美， 乂有锥螺纹接 头施工方便、速度快的特点，

8、因此，滚轧直螺纹是集钢筋各种机械连接技术的优点于一体，具有广阔的市场前景。li前，国内企业开发的主要有两种类型，即直接滚轧直螺纹和剥肋滚轧直螺纹。1）直接滚轧直螺纹直接滚轧直螺纹连接山三部分组成，即滚丝机、套筒、管钳。该技术原理是： 通过滚丝机上的滚轮滚轧钢筋，利用金属材料塑性变形，在钢筋端头滚出丝扣，iii 于丝扣受滚挤后冷作硬化，提高了强度（一般提高5%）；通过提前预制带内螺纹的套筒连接，拧紧，将两根钢筋连接在一起，经实验证明该技术完全可达到钢筋母材等强度。该技术优点是： 设备简单；接头强度好。存在的不足是： 加工过程中存在虚假现象，螺纹精度差；另外，钢筋粗细不均，加工的螺纹直径大小也不一

9、致，经常造成接头套筒与丝头配合很松或无法入扣，钢筋直径变化及横纵肋的作用使滚丝轮受力不均，造成滚丝轮容易损坏，增加了接头附加成本。2）剥肋滚轧直螺纹直接滚轧直螺纹连接由三部分组成， 即剥肋滚丝机、套筒、 管钳。 该技术原理 是：通过剥肋滚丝机上的刀具去除钢筋的横纵肋，但并不破坏钢筋的基圆，剥到尺寸后刀具自动张开，开始滚丝，利用金属材料塑性变形，在钢筋端头滚出丝扣，由于丝扣受滚挤后冷作硬化，提高了强度（一般提高5%）；通过提前预制带螺纹的套筒连接，拧紧，将连接接头性能达到了“钢筋机械连接通用技术规程” jgj107- 96中a级接头性能要求，实现了等强度连接。其施工工艺是：钢筋平头一剥肋滚轧螺纹

10、一丝头检查一连接一检验一完成。该技术优点是： 克服了以上直接滚轧连接的缺点，螺纹精度高，滚轮寿命长； 接头容易拧入，施工效率高；大大降低了施工成本。存在的不足是：设备一次性成本投入比直接滚轧设备稍大。剥肋滚轧直螺纹设备是适应以上市场需求自主研发的，目前，产品已开发应用至三代，独创的剥肋结构，节约了生产成本；设备不仅可加工长螺纹，也可加工反螺纹，而不需增加任何配件；调整维修简单方便；加工螺纹精度高，一致性好；滚轮寿命长。该技术适用于直径为16?40钢筋在任意方向和位置的同径、异径连接，可应用于要求充分发挥钢筋强度或对接头延性要求高的混凝土结构、对疲劳性能在要求高的混凝土结构，如机场、桥梁、隧道、

11、电视塔、核电站、水电站等，以及低温条件下施工的混凝土结构。三、各种连接技术的综合比较儿种钢筋连接技术性能及效益对比分析如下表所示：序号对比项目锥螺纹徹粗直螺纹直接滚轧直螺纹剥肋滚轧 直螺纹冷挤压1接头连接强度低中沧 咼咼2接头加工速度快慢快快3接头连接效率咼1冷低咼极低4接头连接质量稳定性一般较好一般好好5螺纹精度中中差咼6套筒成本ma 咼中中低7易损件使用寿命疏刀300 ?500头徹粗模500 头，疏刀500头滚丝轮300?500头刀片可反复使用，滚丝轮4000?10000 头挤压模5000 ?10000 头8单个接头消耗成本较低 咼高低低9污染情况无冇无无常有10连接工具力矩扳手管钳管钳管

12、钳挤压钳11操作人员工作强度小中中小大12接头加工设备成本低他一咼中中中13接头综合施工成本低中中较低同14接头性能价格比一般差一般好一般15技术的先进性、可靠性差差一般好好通过对比，可以看出：在钢筋机械连接技术中， 钢筋剥肋滚轧直螺纹连接技术综合优势比较强，不仅接头连接强度高，稳定可靠，施工速度快，接头综合成本低，而且丝头制作方便，深受广大建设、设计、施工、监理以及质检部门的欢迎。该项技术与其他钢筋机械连接技术相比具有以下特点：1.与套筒挤压连接技术相比， 接头性能与挤压接头相当； 但套筒重量仅为挤压套筒重量的30?40%,且劳动强度小、连接速度快，钢筋连接接头成本降低。2.与锥螺纹套筒连接

13、技术相比，套筒成本相近， 但连接强度高， 刀具更换 少。3.与徹粗直螺纹连接技术相比，操作工序少， 设备投入少， 钢筋连接附加成 本低，对钢筋延性要求低。4.与直接滚轧直螺纹连接技术相比，成型螺纹精度高， 滚丝轮寿命长， 等强 度连接可靠性高。四、剥肋滚轧直螺纹连接技术在京杭运河特大桥的应用1.工程简介扬州西北绕城高速公路京杭运河特大桥主桥上部结构为(75+120+75)m三跨变截面连续箱梁，采用悬臂浇筑法施工； 基础及下部结构为深水低桩承台、 空心薄壁 墩，墩高12. 4m,采用翻模法分节浇筑。墩身主筋直径为32和25两种，一个墩身断面主筋数量为452根。为方便施工和满足分节浇筑要求，每根主

14、筋接长三次，即一个墩身主筋接头数量为452x3=1356个， 全桥共计4个主墩，接头数量合 计为1356x4二5424个。如此大量的钢筋接头若采用焊接，不但施工工期长，而且也不利于保证接头质量。故在施工中主筋接头采用了剥肋滚轧螺纹连接技术，采用标准型连接套进行连接，取得施工速度快、接头质量好、节约经济成本的良好效果。2.施工准备参加接头施工的操作工人、 技术管理和质量管理人员均参加了技术规程培训，操作工人经考核合格后持证上岗。钢筋先经调直后再进行下料， 切割断面应与钢筋轴线垂直， 不得有锥面或挠 曲，采用切割机下料，不得用气割下料。连接套进场后检查产品合格证， 进行复检，看是否有严重锈蚀、 油

15、脂等影响混 凝土质量的缺陷或杂物。经检验合格的连接套其精度为6h级，并符合gb / t197的 规定，表面粗糙度不低于6.3：其外形尺寸符合下表规定(为规范起见，各种规格均列出如下，单位mm):规格螺距p外径d0长度l底径dm螺纹小径d1162.02545 16. 2 14. 4182.02750 18. 1 16. 3202.029550 20.0 18. 2222.53160 22. 0 20. 2252.53565 25. 1 22. 9282.504170 28. 1 23. 9322.5小4680 32. 0 29. 8363.05290 36. 0 33. 4403.058100

16、39. 7 37. 03.滚丝加工及连接操作加工丝头的芽形、 螺纹必须与连接套的牙形、 螺距一致，有效丝扣段内的秃牙部分累讣长度小于一扣周长的1/2,并用相应的环规和丝头卡板检验合格。滚轧钢筋直螺纹时，应采用水溶性切削润滑液，当气温低于0 c时，应掺入15%?20%的 亚硝酸钠，不得用机油作切削润滑液或不加润滑液滚轧丝头。经自检合格的丝头， 应对每种规格加工批量随机抽检10%,且不得小于10个，如有一个丝头不合格，即应对该批全数检查，不合格的丝头应重新加工，经再次检验合格方可使用。已检验合格的丝头应加以保护，钢筋一端丝头应戴上保护帽，另一端拧上连接套，并按规格分类堆放整齐待用。钢筋连接时，钢筋

17、的规格和连接套的规格应一致， 并确保丝头和连接套的丝扣干净、无损，预埋接头时，连接套的位置、规格和数量应符合设计要求，带连接套钢筋应固牢，连接套的外露端应有密封盖。被连接的两钢筋端面应处于连接套的中间位置，偏差不大于ip（p为螺距），并用工作扳手拧紧，使两钢筋端面顶紧。4.接头型式试验钢筋滚轧直螺纹接头的型式检验， 应符合现行行业标准钢筋机械连接通用技术规程jgj107-96中第5章的各项规定。该工程两种规格（25和32）剥肋滚轧直螺纹连接的接头型式检验均委托东南大学工程结构与材料试验中心完成。墩身混凝土结构中要求充分发挥钢筋强度，故要求接头需满足a级性能要求，检测项目如下：（1）连接钢筋（母

18、材）力学性能测试（2）接头单向拉伸试验（3）接头高应力反复拉 - 压试验（4）接头大变形反复拉 - 压试验执行的标准为：jgj107-1996钢筋机械连接通用技术规程和gb1499-1998 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋。测试设备为：中国j1000kn材料试验机，美国1mts880材料试验系统，中国lx-5型力学性能自动测定仪。每种规格接头取连接钢筋母材试件1组（3根、hrb335）,取接头试件12件， 其中单向拉伸试件6件，高应力反复拉压试件3件，大应变反复拉压试件3件。两 种规格接头的钢套管基本参数， 25mm：材料45#钢，长度65mm,外径46.0mm, 螺纹牙距2.5mm,牙形角状态75

19、 : 32mm：材料45#钢，长度80mm,外径35. 0mm,螺纹牙距2.5mm,牙形角状态75。检测结果与评定如下：（1）连接钢筋（母材）的力学性能项目公称直径d（mm）计算面积（mm2）屈服强度f （mpa）抗拉强度f（mpa）伸长率5 1（%）弹性模量es （gpa）冷弯(4d)平均值25490.936055526198合格32804. 237557526198标准值/nf 二335*490 16200/山以上试验数据可以看出， 该批受检钢筋 (母材) 强度等级为hrb335且力学性 能与加工性能均合格，符合gb1499-98标准表6. 3. 1中钢筋hrb335的规定。(2)接头试件

20、单向拉伸试验测试结果项目公称直径d(mm)抗拉强度(mpa)eo. 7(gpa) eo. 9 (gpa) u(mm/mm)u (mm)平均值255602071980. 200. 18325802021890. 200. 24性能要求/fftke0.7ne 且e0? 920.9 e u$o? 04wo. 30该批受检接头性能均断于母材，且6个试件都满足强度要求，此处限于篇幅, 只列岀平均值。单向拉伸性能符合jgj107-96标准表3. 0. 5中的规定。(3)接头试件高应力反复拉压试验测试结果项目公称直径d(mm)抗拉强度(mpa)el (gpa)e20(gpa)u20 (mm)平旳佶25560

21、2071960. 16i325802041900. 25性能要求/fftke2020. 85e1w0? 30该批受检接头性能均断于母材，并都满足强度要求。高应力反复拉压性能符合jgj107-96标准表3. 0. 5中的规定。(4)接头试件大变形反复拉压试验测试结果项目公称直径d(mm)抗拉强度(mpa)u4(mm)u8 (mm)平均值255650. 200. 38325800. 250. 50性能要求/fftku4w0.30； u8w0.60该批受检接头性能均断于母材，并都满足强度要求。大变形反复拉压性能符合jgj107-96标准表3. 0. 5中的规定。依jgj107-96钢筋机械连接通用技术规程，以上各项测试结果均符合规程要求，判定其力学性能、单向拉伸性能、高应力反复拉压性能、大变形反复拉压性能均合格，并符合a级性能要求。5.接头的施工现场检验与验收连接时，应检查连接套的出厂合格证， 钢筋丝头加工检验记录。 钢筋连接工程 开始前和长期施工过程中，应对每批进场钢筋和接头进行工艺检